水泥基材料界面改性剂、制备方法、集料、钢筋及其应用技术

一种水泥基材料界面改性剂、制备方法、集料、钢筋及其应用。该水泥基材料界面改性剂是一种能够在施加对象表面改变界面能的化合物或组合物，所述施加对象为集料、模板和/或钢筋。本发明专利技术的水泥基材料界面改性剂能够改善水泥浆体的微观结构，增强水化产物之间的内聚力，减少浆体微观和宏观缺陷，提高水泥浆体的品质。

Interface modifiers, preparation methods, aggregates, reinforcing bars and their applications for Cement-based Materials

The invention relates to a cement-based material interface modifier, a preparation method, aggregates, reinforcing bars and their application. The cement-based material interface modifier is a compound or composition capable of changing the interface energy on the applied object surface, which is aggregate, template and/or steel bar. The interface modifier of the cement-based material can improve the microstructure of the cement paste, enhance the cohesion between hydration products, reduce the micro and macro defects of the paste and improve the quality of the cement paste.

【技术实现步骤摘要】
水泥基材料界面改性剂、制备方法、集料、钢筋及其应用
本专利技术涉及水泥基材料界面改性剂
，具体涉及一种水泥基材料界面改性剂、其制备方法、集料、钢筋、模板及其应用。
技术介绍
现代生活中水泥的用途相当广泛，现在大量建筑都采用水泥配制的混凝土作为结构材料。从水泥混凝土微观结构中可以看出，各种水化物相的分布是不均匀的，其尺寸大小和形貌也是不一样的。在固相里，微观结构的不均匀性会对材料的强度和其他相关力学性能造成严重的损害，因为决定这些性能的是微观结构中最薄弱的地方，而不是微观结构的平均情况。现代混凝土理论把集料和水泥石之间的界面过渡区(ITZ，厚度约10～50微米)称为第三相，它具有结构疏松、高孔隙率、大晶体、大孔径、低硬度，且包含较多密实度较低的水化产物——氢氧化钙晶体(CH)和钙矾石晶体(AFt)。特别是CH大晶体在界面区的取向优化生长，形成的层叠板状构造，其力学性能较水泥浆体力学性能差，属于混凝土的最薄弱环节。现有技术中改善界面的方法例如包括：1、调整配合比法：一是尽量降低水灰比，因为水灰比对界面过渡区的影响是比较大的；二是调整水泥用量，主要是降低用量，让集料间尽量靠近；由于受到流动性等方面的限制，用调整配合比的方法来改善界面是有限的；2、选择合适集料：包括集料与水泥的相容性，集料与水泥浆体的物理力学性质尽可能相近，在几何性质方面，粒径要小，表面形状要凹凸不平等等；这在实际生产中很难做到；3、水泥裹砂工艺：拌合前先在砂表面裹附一层水泥浆；——由于这一层薄的水泥浆，一定程度上避免的砂表面形成水囊，避免有大量氢氧化钙在集料界面富集和择优取向，形成比较致密的界面结构层。4、掺加聚合物：利用聚合物的填充、阻裂和粘结作用，改善界面性质，诸如此类。但是，就目前的这些改善界面区的资料研究结果看，这些改善方法与设想，只是在一定程度上使界面过渡区相对变薄，无法从根本上解决界面过渡区的上述现象。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种水泥基材料界面改性剂、其制备方法及其应用，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。为了实现上述目的，作为本专利技术的第一个方面，提供了一种水泥基材料界面改性剂，所述水泥基材料界面改性剂是一种能够在施加对象表面形成反氢键能的化合物或组合物，即能够在施加对象表面形成排斥水分子的笼状疏水结构的化合物或组合物；其中，所述施加对象为集料、模板和/或钢筋。作为本专利技术的第二个方面，还提供了一种水泥基材料界面改性剂的制造方法，包括：按照如上所述的配比称量各组分并将其混合，由此得到本专利技术的水泥基材料界面改性剂。作为本专利技术的第三个方面，还提供了一种水泥基材料界面改性剂在水泥混凝土结构中作为界面干扰抑制剂的应用；其中，所述水泥基材料界面改性剂事先作用于粗集料和/或细集料表面，给予一定的反应时间，并彻底干燥，然后再在配制混凝土时与其它混合料混合；或者，所述水泥基材料界面改性剂事先作用于钢筋表面或模板表面，给予一定的反应时间，并彻底干燥，然后再施加配制的混凝土混合料。作为本专利技术的第四个方面，还提供了一种混凝土用集料，所述混凝土用集料表面施加有如上所述的水泥基材料界面改性剂。作为本专利技术的第五个方面，还提供了一种混凝土用钢筋，所述混凝土用钢筋表面施加有如上所述的水泥基材料界面改性剂。作为本专利技术的第六个方面，还提供了一种水泥制品模具，所述水泥制品模具表面施加有如上所述的水泥基材料界面改性剂。作为本专利技术的第七个方面，还提供了一种水泥混凝土结构的制造方法，包括如下步骤：将本专利技术的水泥基材料界面改性剂事先作用于集料/钢筋/模板表面，并给予一定的反应时间，并彻底干燥，即形成具有表面干扰效应的集料/钢筋/模板；将这些具有表面干扰效应的集料掺配到水泥混合料中，或在这些钢筋/模板上浇筑水泥混合料。作为本专利技术的第八个方面，还提供了一种混凝土结构的修复方法，包括如下步骤：将损坏的混凝土结构的混凝土或砂浆表面打磨露新，并清扫干净；然后将水泥基材料界面改性剂均匀涂刷在界面上，晾干，至少经过12h的键合充分反应时间，形成具备了界面干扰效应的混凝土表面；进行水泥砂浆、聚合物砂浆、水泥混凝土和/或聚合物混凝土的修补。基于上述技术方案可知，本专利技术的界面改性剂相对于现有技术具有如下有益效果：(1)本专利技术的界面改性剂，通过调控集料界面区CH晶体和AFt晶体的形貌、尺寸、发育时机等特性，能够改善水泥浆体的微观结构，增强水化产物之间的内聚力，减少浆体微观和宏观缺陷，提高水泥浆体的品质；(2)本专利技术的界面改性剂，作为一种界面干扰抑制剂，能够在水泥混凝土水化硬化过程中，附着在钢筋或模板表面，一方面干扰抑制大晶体(CH和AFt)的发育生长，也就抑制了界面过渡区的形成；另一方面在界面控制效应下，改善化学结合键能，增强界面结合力；(3)本专利技术的界面改性剂，可以从根本上解决界面过渡区缺陷问题，可极大地提高水泥基复合材料的力学性能和耐久性能，这是混凝土理论的一个重大突破性发现，意义深远；(4)本专利技术的界面改性剂，应用领域极其广泛：只要是水泥混凝土结构，特别是对防腐防护有要求的混凝土结构，都可以采用本专利技术解决自身问题，一方面力学性能显著提高，另外也能大大提高混凝土结构自身的耐久性能；本专利技术可以重点应用在钢筋混凝土桥梁与建筑、水利水电及港口的混凝土结构、各类混凝土构造物等等方面。附图说明图1为未经干扰的普通粒料界面的微环境示意图；图2为干扰后的粒料界面的微环境示意图；图3为由本专利技术的水泥基材料界面改性剂形成的疏水“笼形”结构；图4为经本专利技术的水泥基材料界面改性剂处理的砂粒和普通砂粒在水中的情形对比照片。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术公开了一种水泥基材料界面改性剂，尤其是水泥基复合材料的界面过渡区的干扰抑制剂，简称“界面干扰抑制剂”。这里所述的界面过渡区，主要是指细集料或粗集料与水泥石间的界面，同时也包括钢筋与水泥石间的界面、模板与水泥石间的界面等等。界面过渡区通常是如下形成的：当水泥分散到水中，液相很快为各种离子所饱和；在水泥水化的几分钟内，钙、硫酸盐、铝酸盐和氢氧根离子相互作用，首先生成钙矾石(三硫型水化硫铝酸钙针状晶体)；随后，大片板状的CH晶体和非常细小纤维状的水化硅酸钙开始填充原先被水和渐渐溶解的熟料所占据的空间；从水泥水化硬化过程中可以观察到：首先，新捣实的混凝土中，大颗粒骨料周围形成水膜，这导致大颗粒骨料周围的水灰比要高于远离的部位(即砂浆本体)。随后，由于高水灰比，这些粗骨料周边的结晶产物为较粗大的晶体，因而形成比水泥浆体或砂浆本体更多孔隙的骨架结构。板状的氢氧化钙晶体往往形成择优取向层，例如，C轴与骨料的表面垂直相交。最后，随着水化的发展，结晶差的C-S-H和二次生成的较小的钙矾石、氢氧化钙晶体开始填充在大的钙矾石和氢氧化钙晶体构成的骨架间隙里。本专利技术的专利技术人发现，界面干扰的机制在于根据界面区(ITZ)微环境生成条件与属性，在水泥水化反应早期，通过干扰粒料表面，尽可能地抑制大晶体优先生长和晶体着床发育，使水化物中更有利于C-S-H凝胶物质的生成。为此，一是通过改变粒料界面间键能的方法，采取无机物Si-O键来增强C-S-H凝胶与集料表面的结合键能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水泥基材料界面改性剂，其特征在于，所述水泥基材料界面改性剂是一种能够在施加对象表面形成反氢键能的化合物或组合物，即能够在施加对象表面形成排斥水分子的笼状疏水结构的化合物或组合物；其中，所述施加对象为集料、模板和/或钢筋。

【技术特征摘要】
1.一种水泥基材料界面改性剂，其特征在于，所述水泥基材料界面改性剂是一种能够在施加对象表面形成反氢键能的化合物或组合物，即能够在施加对象表面形成排斥水分子的笼状疏水结构的化合物或组合物；其中，所述施加对象为集料、模板和/或钢筋。2.如权利要求1所述的水泥基材料界面改性剂，其特征在于，所述水泥基材料界面改性剂包括：能够在施加对象表面接枝疏水性非极性基团的化合物；和/或能够对施加对象界面区的晶体进行二次化学反应的化合物；和/或能够对施加对象界面区的固相物的形貌、尺寸和结构等特征特性上进行改善的化合物；和/或能够降低施加对象的表面能的化合物；和/或能够使施加对象表面附近的水分子浓度降低的化合物。3.如权利要求2所述的水泥基材料界面改性剂，其特征在于，所述水泥基材料界面改性剂包括占整个所述水泥基材料界面改性剂如下质量配比的组分：活性纳米材料1～50％，优选为5～30％，进一步优选为20～30％；有机硅材料1～50％，优选为5～30％，进一步优选为10～20％；分散剂0.1～5％，优选为0.5～1％，进一步优选为0.5～0.8％；润湿剂0.1～5％，优选为0.5～1％，进一步优选为0.5～0.8％；丙三醇0.5～5％，优选为0.5～3％，进一步优选为2～2.5％；余量为水；作为优选，所述活性纳米材料选自纳米氧化铝、纳米氧化钛、纳米氧化硅、纳米氧化锌、纳米氧化锆、纳米氧化铈、纳米氧化镁、纳米硅酸盐、纳米铝酸盐、纳米碳酸盐中的至少之一；进一步优选为纳米氧化铝、纳米氧化钛、纳米氧化硅中的至少之一；作为优选，所述有机硅材料为有机硅化合物，选自硅烷/硅氧烷、聚硅醚、硅烷聚合物或硅烷乳液，进一步优选包括聚乙烯三乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷乳液、辛基三乙氧基硅烷乳液、异辛基硅烷、硅烷偶联剂、硅油、硅树脂、甲基硅酸、甲基硅酸盐中的至少之一；作为优选，所述分散剂为有机分散剂；进一步优选为聚羧酸钠盐分散剂；作为优选，所述润湿剂为阴离子型润湿剂或非离子型润湿剂中的之一；优选为阴离子型润湿剂；作为优选，所述水泥基材料界面改性剂中还包括0.5～5％的防腐剂；所述防腐剂为异噻唑啉酮衍生物或苯并咪唑酯类化合物，进一步优选为异噻唑啉酮衍生物。作为优选，所述水泥基材料界面改性剂还包括占整个所述水泥基材料界面改性剂1～50wt％、优选为5～30％、进一步优选为20～30％的无机盐材料；作为优选，所述水泥基材料界面改性剂还包括占整个所述水泥基材料界面改性剂1～50wt％、优选为5～30％、进一步优选为10～20％的有机氟材料；作为优选，所述水泥基材料界面改性剂还包括占整个所述水泥基材料界面改性剂0.1～5wt％、优选为0.5～1％、进一步优选为0.5～0.8％的表面活性剂；以及作为优选，所述水泥基材料界面改性剂还包括占整个所述水泥基材料界面改性剂0.5～5wt％、优选为0.5～3％、进一步优选为2～2.5％的乙醇；作为优选，所述无机盐材料选自硅酸盐、铝酸盐或碳酸盐的纳米盐类，进...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊星，
申请(专利权)人：樊星，
类型：发明
国别省市：北京,11